Výroba pohľadového betónu

V súčasnom betónovom staviteľstve sa čoraz viac využíva architektonický betón, ktorým možno na fasádach domov, nosných zvislých konštrukciách, na dopravných alebo priemyselných objektoch vytvoriť rozličné štruktúry, farby a tvary. Vyznačuje sa dobrými fyzikálno-mechanickými vlastnosťami, ako sú vysoká pevnosť v tlaku, trvanlivosť, mrazuvzdornosť, nízka nasiakavosť, ako aj množstvom technických, technologických, estetických a ekonomických výhod.

Medzi technické, technologické, estetické a ekonomické výhody patrí napríklad stálofarebnosť, nízke udržiavacie náklady a dlhá trvanlivosť, ktorá sa prakticky zhoduje so životnosťou objektu. Technicko-úžitkovými vlastnosťami sa vyrovná aj náročným povrchovým úpravám z prírodného kameňa. Jeho fyzikálno-technické vlastnosti sa zhodujú s vlastnosťami podkladového materiálu, teda konštrukčného betónu. Zhotovuje sa relatívne jednoducho buď na stavenisku priamo počas realizácie monolitických konštrukcií, alebo dielenským spracovaním prefabrikovaných stavebných konštrukcií.

Na rozdiel od konštrukčného betónu sa v prípade architektonického betónu kladie väčší dôraz na kvalitu povrchu ako na pevnostné vlastnosti. Pod pojmom betónový povrch bez ďalších krycích vrstiev sa skrýva nečakané množstvo variácií úprav. Medzi základné patria povrchy vytvorené odtlačkom formy či debnenia, povrchy opracované v mäkkom alebo zatvrdnutom stave, povrchy z prefarbeného betónu, špeciálne úpravy povrchu. Pohľadový betón je vždy unikátom, ktorý sa vyrába z relatívne premenlivých surovín. Pozornosť treba venovať nielen jeho pórovitosti, ale aj stálofarebnosti cementového kameňa, tvorbe výkvetov a rovnosti povrchu. Pri vhodnej kombinácii všetkých aspektov možno dosiahnuť brilantné povrchy s plošnou pórovitosťou aj do 1 %. V porovnaní s tým by mal materiál formy vykazovať vysokú mieru adsorpcie vzduchových pórov a adsorbovať vyššie zavodnenie povrchových vrstiev betónu. Ak sa použije samozhutniteľný betón (SCC), rozdiely nie sú veľké v kvalite povrchu a v plošnej pórovitosti, ale vo veľkosti pórov – rozdielna konzistencia zmesi vedie k tvorbe iného typu pórov. V samozhutniteľnom betóne vytvára póry predovšetkým odchádzajúci vzduch. Ich tvar sa líši od tvaru pórov v klasickom betóne, z dôvodu vyššej hutnosti čerstvého betónu je plochejší.

Zo štúdie stálofarebnosti anorganických pigmentov vyplynulo, že použitie farbeného betónu predstavuje vhodné oživenie monolitických konštrukcií a jeho farebná stálosť je udržateľná, aj keď za prísnejších podmienok technológie výroby.
 
Vymývané povrchy s grafickým vzorom
Takzvaný grafický betón sa vyrába priamo vo výrobni prefabrikátov použitím špeciálneho tenkého povlaku. Povrch tenkého povlaku, ktorý príde do kontaktu s betónom, sa potláča bežnou bodovou (rastrovou) tlačovou technológiou, namiesto tlačiarenskej farby sa však používa spomaľovač tuhnutia betónu. Ak sa na vzhľad povrchu kladú indi­viduálne požiadavky, možno výtvarný návrh na povlak nanášať štetcom. Tento vzor sa na povrchu betónu vytvára pomocou efektu kontrastu medzi svetlým hladkým povrchom betónu a takzvaným exponovaným povrchom, z ktorého po odstránení fólie vystupuje z nezhydratovaného cementu jemné kamenivo.

Technológia nanášania tenkého povlaku sa používa na výrobu stenových panelov s tradičným vymývaným betónovým povrchom alebo najnovšie na výrobu stenových panelov, dosiek, protihlukových stien a ďalších betónových prvkov s rozličnými vzormi, motívmi a obrazcami. V počia­točnom vývoji sa nová technológia používala iba na individuálnu výtvarnú výzdobu stavebných objektov. Technológia vynikne najmä na veľkých fasádnych plochách.

Betón so sklenenou drvinou

Sklo svojou pevnosťou spĺňa požiadavky na pevnosť v tlaku, ťahu, ako aj na obrusnosť materiálu. Použitím betónu so sklenenou drvinou možno dosiahnuť architektonický efekt, ktorý využíva odraz svetla alebo čiastočnú priestupnosť svetla cez konštrukciu.

V interiéroch možno betónový povrch so sklenenou drvinou (obr. 1 a 2), ktorý sa vymýva alebo brúsi, používať bez obmedzenia. V prípade aplikácie na vonkajšie fasády je nutné takzvanou alkalicko-kremičitou reakciou (ASR), pri ktorej dochádza k negatívnemu rozpínaniu skla, zistiť stálosť správania sa skla v betóne. Na zmiernenie alkalickej reakcie skla sa používa niekoľko spôsobov, medzi ktoré patrí použitie nízkoalkalického cementu, pridanie čiernouhoľného popolčeka (25 % z množstva cementu) a aj lubrikácia skla hydrofóbnymi prípravkami.

Obr. 1  Farebný betón so sklenenou drvinou	Obr. 2  Betón s farebnou sklenenou drvinou

Povrch Tado Ando

Japonský architekt Tado Ando používa metódu ručnej práce, pri ktorej sa vytvárajú veľké zamatové plochy s rovnakou kvalitou. Povrch sa najskôr namočí a omýva kyselinou soľnou, riedenou v pomere 1 : 8. Následne sa príliš veľké póry opravujú materiálom, ktorý obsahuje svetlý piesok, biely cement a obyčajný cement v pomere 3,5 : 0,5 : 1. Na zabezpečenie priľnutia sa opravované miesto zvyčajne natiera podkladovým materiálom. V konečnej fáze sa povrch natiera zmesou obsahujúcou biely cement a sivý cement v pomere 1 : 5 a ešte vlhký sa omýva kyselinou soľnou riedenou v pomere 1 : 10.
 

Posudzovanie pohľadových betónových plôch

Pohľadové plochy môžu mať veľmi rôznorodý vzhľad, či už v dôsledku použitia zvláštnych debnení, alebo vďaka špeciálnemu zloženiu betónovej zmesi, prípadne vďaka dodatočnému opracovaniu povrchu. Pri posudzovaní pohľadových betónových plôch je najdôležitejšie, aby všetci zúčastnení partneri našli spoločné riešenie, ktoré bude pre danú stavbu najvhodnejšie. Dôležitosť jednotlivých vplyvov vidieť na obr. 3.
Kvalitu debnených betónových plôch, ktoré ostávajú trvalo viditeľné, určuje množstvo faktorov a často je aj zámienkou pre množstvo sporov medzi zhotovovateľom a investorom. Príčinou sporov sú často nedostatočné znalosti alebo nedorozumenia, ktoré vyplývajú z chýbajúcich kritérií na objektívne posúdenie. Betón predstavuje ideálny, voľne tvarovateľný materiál, ktorým možno vytvárať rozličné tvary a štruktúry povrchových plôch. A práve preto treba, aby sa všetky znaky pohľadového betónu definovali už v štádiu návrhu natoľko presne, aby výsledok spĺňal predstavy obidvoch strán. Na dosiahnutie požadovaného výsledku sa odporúča vytvoriť skúšobné referenčné plochy, alebo ako vzor použiť už existujúce stavebné diela.

Obr. 3  Stupeň vybraných vplyvov na výsledný povrch betónu

V celom výrobnom procese má na tvar a štruktúru povrchu betónových viditeľných plôch najväčší vplyv plášť debnenia, teda povrch, ktorý je v priamom kontakte s betónom. Celkový priebeh výroby pohľadových betónových plôch ovplyvňuje množstvo ďalších faktorov:

• únosnosť a tuhosť debniaceho systému,
• receptúra betónu (technológia výroby),
• dovoz betónu na stavenisko a spôsob dopravy betónu na miesto zabudovania,
• hutnenie betónu po jeho uložení (obr. 4),použitie oddebňovacieho prostriedku a jeho aplikácia,
• následné ošetrenie ešte zabudovaného alebo už oddebeneného betónu,
• počasie a teplota okolia v čase betonáže a následné ošetrovanie,
• druh a tvar stavebného dielca, jeho dimenzia a usporiadanie výstuže.

S ohľadom na mnohotvárnosť faktorov, ktoré ovplyvňujú kvalitu povrchu, by si mali všetci účastníci výstavby uvedomiť, že aj v prípade debnenia plôch monolitických betónov môže napriek maximálnej starostlivosti dochádzať k miestnym pochybeniam alebo nepravidelnostiam. Malé miestne opravy sú aj pri vysokej remeselnej zručnosti a použití najlepších materiálov zvyčajne vidieť. Preto je nutné, aby zodpovedné osoby dôkladne zvažovali realizáciu opráv.

Obr. 5  Detail styku debnenia a tyče	Obr. 6  Chyby vplyvom nevhodne zvoleného debnenia

Vplyv debnenia na kvalitu povrchu
Debnenie slúži na vytvorenie tvaru a povrchovej štruktúry stavebného prvku zo železobetónu alebo predpätého betónu. Na rozdiel od konštrukčného betónu je v prípade architektonických betónov kvalita povrchu dôležitejšia, ako sú jeho pevnostné vlastnosti. Je preto dôležité klásť dôraz na kvalitu formy a debnenia (obr. 5). Debnenie treba voliť tak, aby sa všetky podmienky určené v zadaní, prípadne vo vzorovom výkrese debnenia, dali splniť. To platí zároveň aj pre škáry v debnení a spoje v plášti debnenia (obr. 6).

Výber debniaceho systému má veľký vplyv na cenu diela a technológiu vyhotovenia stavebnej konštrukcie. Preto je vo fáze projektovania nutné posúdiť, či možno použiť systémové debnenie (rámové a nosníkové), alebo či je nutné individuálne riešenie.

Vo všeobecnosti možno použiť tak na zhotovenie stien (priame alebo kruhové stĺpy), ako aj stropov tri druhy debnenia:

• systémové rámové debnenie,
• systémové nosníkové debnenie,
• individuálne nosníkové debnenie.

Debnenie a formy majú rozhodujúci vplyv na finálny vzhľad betónu a to predovšetkým:

• povrchovými vlastnosťami,
• tesnosťou,
• tuhosťou,
• čistotou.

Z hľadiska technického vyhotovenia debnenia (vlastné debnenie a povrch debnenia) treba zohľadniť ďalšie aspekty:

• pri výrobe pohľadového betónu musí byť debnenie schopné bezpečne preniesť všetky pôsobiace zaťaženia (napríklad tlak čerstvého betónu);
• priehyby debnenia sú vplyvom pružnosti materiálov nevyhnutné. Priehyby sa musia dostatočnou tuhosťou debnenia zmenšiť na takú mieru, aby vyhovovali podmienkam rovinnosti v súlade s STN 73 0210-1: 1992 (Geometrická presnosť vo výstavbe. Podmienky zhotovovania. Časť 1: Presnosť osadenia);
• debnenie sa musí zároveň realizovať tak, aby sa dodržala predpísaná geometrická presnosť stavby. Poloha debnenia sa musí zabezpečiť dostatočne únosnými podpo­rami, aby sa všetky pôsobiace horizontálne a vertikálne sily bezpečne zachytili;
• pred každým nasadením treba debnenie skontrolovať z hľadiska použiteľnosti (či nie je zdeformované, poškodené alebo znečistené – predovšetkým debnenie stropov);
• dielce debnenia treba odborne skladovať. Aj v čase, keď sa debnenie nepoužíva, sa musí chrániť proti poškodeniu a poveternostným vplyvom;
• kotvy debnenia sa musia rovnomerne dotiahnuť;
• treba používať tesnenie medzi kotviacimi miestami a debnením, čím sa zabráni vytekaniu cementového mlieka a vzniku nehomogénneho povrchu;
• kotvenie debniacich prvkov sa odporúča ukotviť nastavovacou podložkou na prechádzajúci záber lišty tesniacej pásky alebo spojenie dielov;
• v prípade prírezov debniacich dosiek sa musia rezné hrany v závislosti od príslušnej triedy pohľadového betónu zarovnať a zatmeliť;
• utesnením (pomocou silikónu a lebo pomocou stlačiteľných materiálov s uzatvorenými pórmi vloženými do škár debnenia) možno zvýšiť nepriepustnosť ako cez škáry plášťa debnenia, tak cez škáry debniacich dielcov;
• povrch debnenia je nutné navlhčiť. Treba však rátať aj s napučiavaním a vysychaním drevených materiálov;
• nie je možné na jednom úseku stavby použiť staré a nové debniace dosky, ani dosky rozličných výrobcov, pretože tieto kombinácie spôsobujú odchýlky textúry a zafarbenia pohľadových plôch.

Jednotlivé druhy plášťov debnenia v závislosti od ich vplyvu na povrch betónových plôch vidieť v tab. 1. V závislosti od satia sa debnenie rozdeľuje na nasiakavé (adsorpčné) a nanasiakavé (neadsorpčné).

Adsorpcia debnením má na betónový povrch nasledovný vplyv:

• nasiakavý alebo čiastočne nasiakavý povrch debnenia umožňuje lepší odchod vzduchu alebo vody a tým sa obmedzuje tvorba pórov. Miesta s rozličnou nasiakavosťou majú za následok rozličné farebné odtiene povrchu betónu;
• nenasiakavý povrch debnenia umožňuje dosiahnuť hladký povrch betónu, zvyšuje sa však pórovitosť, vytváranie máp a mramorovanie povrchu.

Pri použití odformovacích prostriedkov
na syntetickej olejovej báze sa vytvárajú póry s väčším priemerom, a to v prípade ktoréhokoľvek typu materiálu, z ktorého je debnenie vyrobené, a zároveň aj vyššou plošnou pórovitosťou. Najlepší variant predstavuje použitie vloženej textilnej tkaniny, ktorou sa dosahujú povrchy s pórmi s maximálnou veľkosťou < 500 až 750 mm. Plošná pórovitosť pohľadového betónu sa potom blíži k nulovej hodnote.
 

Princíp navrhovania zloženia betónu

Betón musí mať také zloženie, aby konzistencia a veľkosť zŕn kameniva vyhovovala postupu betonáže a tvaru stavebného dielca, aby sa betón počas hutnenia nesegregoval a nesedimentoval a voda sa neoddeľovala, a tak bolo možné jeho dobré spracovanie a zhutnenie. Betón počas prepravy a spracovania nesmie zmeniť svoje zloženie a konzistenciu.

Je nutné dodržať nasledovné opatrenia:

• používať takú skladbu betónu, ktorá pri menších výkyvoch kvality a kvantity vstupných materiálov a homogenite nevyvoláva podstatné zmeny vzhľadu pohľadových plôch. [1] Ide o betón predovšetkým s obsahom portlandského cementu, ťaženého kameniva a prísady s hydrofóbnými vlastnosťami. Týmto požiadavkám v žiadnom prípade nevyhovujú akokoľvek upravované odpadové suroviny do betónov;
• pri výbere prímesí do pohľadového betónu je nutné vyberať nenasiakavé materiály, aby sa znížila náchylnosť zmesi na sedimentáciu a separáciu vody. Obsah jemne mletých zložiek v prípade klasického vibrovaného betónu (transportbetónu) nesmie prekročiť hodnotu 550 kg/m³ vrátane spojiva s maximálnym zrnom kameniva 16 mm. V prípade samozhutniteľného betónu sa potom maximálna hranica podielu jemných častíc pohybuje v rozpätí od 600 do 650 kg/m3 vrátane spojiva;
• neprekračovať vodný súčiniteľ w/c = 0,55. Praktické skúsenosti dokazujú, že už pri kolísaní hodnoty vodného súčiniteľa Δw/c = ±0,02 môže dochádzať k viditeľným odchýlkam farebného odtieňa;
• používať recyklovaný betón a kalové vody je neprípustné;
• v niektorých prípadoch je vhodné v mies­tach nadväzovania vrstiev znížiť obsah hrubých zŕn v zmesi. Týmto opatrením možno znížiť kolísanie odtieňa farby;
• konzistencia betónu by sa mala pohybovať na stupni F2 až F3. Pokiaľ to zloženie betónu, spôsob spracovania alebo tvar dielcov vyžaduje, môže sa použiť aj mäkká konzistencia. Odchýlka od dohodnutej hodnoty konzistencie by pri dodávke nemala presiahnuť o Δa = ±20 mm.

K požadovaným prvotným skúškam je v prípade PB4, prípadne PB3 (tab. 2), nutné vykonať ďalšie prídavné skúšky, napríklad určenie separácie vody a sedimentácie. Na pohľadovom betóne sa rovnako prejavia aj zmeny vstupných materiálov, prípadne zmena zloženia betónovej zmesi.

Dodávateľ betónu musí zabezpečiť:

• v závislosti od príjazdových podmienok na stavenisko, od spôsobu ukladania betónu a podľa veľkosti stavby dohodnutý časový sled dodávok betónu;
• aj v prípade používania veľmi účinných miešačiek, aby čas miešania nebol kratší ako 60 sekúnd, pretože na zabezpečenie kvality je určujúcou podmienkou konzistencia;
• dodržanie maximálnej odchýlky konzistencie, ktorá sa kontroluje v betonárni a na stavenisku (trieda PB 4 – optimálna je kontrola každej dodávky);
• opatrenia v prípade poruchy v betonárni (náhradný dodávateľ a podobne);
• nízke množstvo zámesovej vody a zloženie kameniva s čiarou zrnitosti približujúcej sa typu B. Podiely tuhých častíc by sa mali pohybovať na hornej hranici (lepšie o 10 % viac ako odporúčaný obsah častíc s priemerom do 0,25 mm). V prípade betónu chudobného na obsah jemných častíc a praného drobného kameniva sa osvedčilo mierne prevzdušnenie (obsah mikroskopického vzduchu asi 4,0 %). Na dodanie čo najmenšieho množstva záme­sovej vody (cieľová hodnota ≤ 190 l/m³, pre samozhutniteľné betóny) by sa mala konzistencia betónu v podmienkach stavby upraviť pridaním vhodných superplastifikátorov. Pritom je však nutné venovať pozornosť vplyvu superplastifikačných prísad na takzvané krvácanie betónu (obr. 7). Vo všetkých prípadoch sa odporúča realizovať skúšky krvácania na referenčnej ploche.

Obr. 7  Lokálne krvácanie v detaile	Obr. 8  Chyby pri ukladaní betónu z výšky
Obr. 9  Lokálne rozmiešanie betónu	Obr. 10  Trhliny na povrchu pohľadového betónu

Vplyv ukladania betónu do debnenia

Betónovú zmes treba do debnenia alebo foriem uložiť rovnomerne, aby sa zamedzilo viditeľným spojom medzi jednotlivými vrstvami, a to tak vo vertikálnej, ako aj v horizontálnej rovine. Betón má pri liatí z výšky tendenciu rozmiešavať sa (obr. 8 a 9). Pri páde do debnenia sa hrubé zrná odrážajú od debnenia a armatúr a zhlukujú sa v dolných častiach. Maltové zložky sa zachytávajú na armatúre debnenia, čiastočne strácajú vodu, pri padaní smerom dolu nie sú schopné preniknúť zhlukmi štrkových zŕn a zaplniť hrany a kúty. Betón nemá pri ukladaní tiecť po debnení, pretože v prípade absorpčných debnení za sebou zanecháva stopu z cementového mlieka a na betónovej ploche vzniká iný farebný odtieň. Odsávaním časti zámesovej vody absorpčným debnením sa mení lokálna skladba zmesi, čo spôsobuje škvrnitosť povrchu.

Vplyv ošetrovania betónu

Nevhodné vysychanie povrchových vrstiev betónu urýchľuje rozvoj zmrašťovania, pretože vzniká povrchové ťahové napätie, ktoré v mladom betóne spôsobuje trhliny (obr. 10). Tie ovplyvňujú trvanlivosť a sú pre povrchovú kvalitu architektonického betónu nevhodné. Nadmerná strata vlhkosti z pórovitej vrstvy vedie priamo k intenzívnemu zmrašťovaniu. Pretože architektonické dielce majú často tenké prierezy doskových častí, je ich správny spôsob ošetrovania mimoriadne dôležitý.

Triedy pohľadových betónov
Triedy pohľadových betónov z hľadiska požiadaviek (jednotlivých kritérií) sa uvádzajú v tab. 2. Triedy pohľadových betónov sa rozdeľujú podľa jednotlivých základných vzhľadových kritérií. Pokiaľ dôjde k pochybeniu v jednotlivých kritériách, je nutné poruchy odstrániť, len ak kazia celkový dojem.
Pre triedu PB4 pohľadového betónu sú charakteristické veľmi vysoké požiadavky na kvalitu pohľadových plôch. Najvyššie požiadavky, respektíve jednotlivé najprísnejšie kritériá, je nutné splniť len v tejto najvyššej triede.

Obr. 12  Odtlačok OSB dosky	Obr. 13  Binárny obraz betónového povrchu

Metóda stanovenia veľkosti a plochy pórov na zatvrdnutom betóne
Metóda sa zakladá na vyhotovení digitálnej snímky betónovej plochy a jej prenesení do softvéru LUCIA G 5.1. Fotografiu je nutné vyhotoviť digitálnym fotoaparátom s dostatočným rozlíšením (optimum 4 až 7 Mpix). Vo všeobecnosti platí: čím vyššie rozlíšenie fotoaparátu, tým je detekcia daného póru vyššia, a tým sa znižuje riziko vzniku takzvaných sporných pixelov pri vyhodnocovaní v danom softvéri. Každú fotografiu je nutné skalibrovať, ide o priloženie mierky známej veľkosti v rohu obrázku. Potom sa povrch vyfotografuje a fotografia sa prenesie do softvéru. Tu sa postupným prahovaním určujú na fotografii miesta s nižšou a vyššou svetlosťou. Výsledkom je prekrytý binárny obraz (obr. 13), ktorý softvér zmeria a vyhodnotí, a histogram veľkosti a plochy pórov zastúpených percentuálne v ploche obrazu. Touto metódou sa analyzujú aj povrchy rozličných technológií realizácie.

Výsledok sa získal za finančnej podpory projektu
TIP MPO ČR-TI2/185 TAČR TA 01011030.

TEXT: doc. Ing. Rudolf Hela, CSc.
OBRÁZKY a FOTO: archív autora, Laboratory Imaging

Doc. Ing. Rudolf Hela, CSc., pôsobí v ústave technológie stavebných materálov VÚT v Brne.

Literatúra
1.    Richtlinie Geschalte: Österreichische Vereinigung für Beton und Betonflächen Bautechnik, jún 2002.
2.    Marko, L.: Architektonický betón. Bratislava: vydavateľstvo Alfa, 1989.
3.    Hela, R. – Šrůma, V: Pohledový beton, technická pravidla 03. Praha: ČBS, 2009.
4.    Hela R.: Technologie stavebních dílců, Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2001.
5.    STN EN 206-1: 2002: Betón. Časť 1: Špecifikácia, vlastnosti, výroba a zhoda.
6.    Lanning, H.: Graafinen betoni – uusi julkisivuvaihtoehto. Betón, 3/2004.
7.    Beton pro konstrukce: Technické kvalitativní podmínky staveb. Praha: Ministerstvo dopravy, Obor pozemních komunikací, 2005.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.